Введение к работе
-"-'.' і Актуальность. В постановлениях Кабинета Министров СССР последнего времени неоднократно отмечалась задача повышения провозкой способности железных дорог, что в условиях бурного роста скоростей движения поездов неразрывно связано с созданием принципиально новых рельсовых экипажей с хорошими динамическими характеристиками, обеспечивающих'как безопасность движения поездов и высокую плавность хода, так и оптимальное силовое воздействие на все элементы пути.
На динамические качества локомотивов и вагонов существенное влияние оказывают характеристики используемых в рессорном подвешивании демпферов. Анализ работы на подвижном составе серийных фрикционных и гидравлических демпферов показывает, что они не удовлетворяют требованиям по параметрам надежности работы, стабильности характеристик в различных климатических условиях, эффективности функционирования в условиях широкого диапазона случайных динамических воздействий. Б связи с этим наиболее актуальной задачей в настоящее время яваяауся создание принципиально нового класса управляемых фрикционных демпферов, отвечающих современным требованиям, предъявляемым к надежности работы и эффективности демпфирования подвижного состава. „.
Важнейшее значение в процессе эксплуатация фрикционных демпферов имеет стабильность коэффициента трения. Изменение значения коэффициента трения при изменении нагрузки и скорости снижает надежность работы узла трения. Поэтому при разработке новой конструкции управляемого фрикционного демпфера необходимо обеспечивать высокую стабильность коэффициента трения, как параметра в значительной степени определяющего динамику движущейся машины.
Для обеспечения оптимального износа фрикционной пары трения и стабильного значения коэффициента трения исследуемой фрикционной механической системы (ФЫС) необходим учет взаимной связи динамических процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе. Так как ФМС являются нелинейными и имеют переменную структуру, исследование и их оптимизация традиционными методами является сложной, а в некоторых случаях практически не-решаемой задачей. Наиболее перспективным в этом случае является применение модельного эксперимента.
-г -
Цель работы. Повышение уровня демпфирования ходовой части подвижного состава путей улучшения фрикционных характеристик демпферов.
Научная новизна. На базе положений теории подобия и моделирования динамики фрикционных механических систем, отдельные части которых совершают плоско-колебательные движения в поле сил тяготения, теории оптимизации и идентификации нелинейных систем разработан расчетно-эксперименгальный метод оптимизации ФМС управляемых демпферов. При разработке этого метода были поставлены и решены следующие задачи:
а) разработана методика комплексного физического моделирова
ния, учитывающая взаимосвязь динамики процессов, протекающих на
фрикционном контакте и в механической системе управляемого фрик
ционного демпфера;
б) на основе методов идентификаций упругих связей и сил тре
ния и использования комплексного физического моделирования раз
работан метод определения оптимальных параметров механической
системы и трибоспектральных характеристик с учетом взаимосвязи
параметров механической системы с динамическими процессами, про-
текающими на фрикционном контакте (положительное решение Госком-
изобретений СССР о выдаче а.с. по заявке )й 4756801)
в) разработана методика построения физических моделей ФЙС,
обеспечивающая реальное расположение осей колебаний масс системы
в координатном пространстве и сил фрикционного взаимодействия;
г) экспериментально оценено влияние демпфирующего воздействия
электромагнитного поля на величину и стабильность коэффициента
трения;
д) проведен анализ и выявлены закономерности формирования
собственных трибоспектральных и триботехниче'ских параметров фрик
ционной пары трения с учетом процессов объемного передеформирова
ния контактирующих микронеровностей;
е) установлено, что при моделировании динамики ФМС необходи
мость обеспечения равенства удельных нагрузок, материалов пары
трения натуры и модели, а также учета проведения испытаний в
обычных земных условиях приводит к противоречию выбора кднетанты
подобия массы. Для разрешения данного противоречия разработало
методика приведения ФМС, совершающей вертикальные колебания к
ФМС, .совершающей крутильные колебания, основанная на рзззнмткз
потенциальной и кинетической энергия системы до> и после прииедз-
ния;
ж) для осуществления метода трибоспектральной оптимизации ФМС. разработана установка "УСТХ", позволяющая получить собственные триботехнические и трибоспектральные характеристики пары трения и механической системы управляемого демпфера, путем исключения влияния механической системы привода установки на выходные параметры (положительное решение Госкомизобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 4814928).
Практическая ценность. На основании проведенных исследований создана инженерная методика исследования и оптимизации фрикционных механических систем, позволяющая значительно сократить срок от выполнения проектных работ и доводочных испытаний до внедрения в эксплуатацию высокоэффективных конструкций управляемых фрикционных демпферов и других механических систем с узлами трения.
Создан принципиально новый класс управляемых фрикционных демпферов (а.с, СССР te , положительное решение Госкомизобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 48I6I30), отличающийся от существующих серийных демпферов наличием оптимальной функциональной зависимости демпфирующего усилия ov-параметров вертикальной и горизонтальной динамики подвижного состава, а также стабильностью характеристик в любых климатических условиях. Введение в буксовую ступень электровозов ВЛ-80К. управляемых фрикционных демпферов позволяет повысить надежность элементов трансмиссии в 1,86 раза путем снижения'коэффициента о /fify = 1,82 до /Cfi = 1,48.
Реализация работы1.'1 Разработанная ".Методика прогнозирования и диагностики технического состояния фрикционных систем на базе методов физического подобия и моделирования" внедрена на Тихорецком заводе тяжелых путевых машин им. В.В.Воровского и Специализированном конструкторском бюро ЦКБпутьмаш. Долевое участив РИШТав народнохозяйственном эффекте от внедрения методики 119,6 тыс.рублей.
Разработанная конструкция управляемого фрикционного демпфера одностороннего действия для буксовой ступени электровоза ВЛ-80 К с пружинным подвешиванием принята к внедрению Новочеркасскин Всесоюзным научно-исследовательским институтом электровозои'рое-ния. Долевое участие РИИЖТа от внедрения данной конструкции 48,5 тыс.рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях: Всесоюзная научно-техническая конференция "Обеспечение надежности узлов трения машин", Ворошиловград, 1988 г.; Выездная сессия межведомственного научного совета по трибологии при АН СССР, ГКНТ СССР и Союзе НИО СССР "Повышение износостойкости транспортных и сельскохозяйственных машин", Ростов-на-Дону, 1988 г.; Всесоюзный научно-технический семинар "Методы исследования и обеспечения надежности сложных технических систем", Ростов-на-Дону, 1989 г.; 1-я Региональная научно-техническая конференция "Повышение надежности и долговечности узлов трения в строительстве транспорта и путевых машин", Таганрог, 1989 г.; 3-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы развития локо-мотивостроения", Луганск, 1990 г.; научно-техническая конференция "Структурная самоорганизация и оптимизация триботехнических характеристик конструкционных и инструментальных материалов", Киев, 1990 г.; научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава РИИІТа (Ростов-на-Дону, 1988,.1989, .1990, 1991 г.г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 работ, получено I авторское свидетельство и три положительных решения на выдачу авторского свидетельства. Список указанных работ приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованных источников, включающего 122 работы отечественных и зарубежных авторов, изложена на 226 страницах, иллюстрирована 48 рисунками, содержит 8 таблиц и приложения на 27 страницах.
